数控铣床工装夹具设计的内容探析

郦 振

（天津机电职业技术学院，中国 天津 300131）

随着数控技术的飞速发展，数控铣床的高精度、高速度、复合化等特点越来越明显，在生产加工中的作用也越来越重要，并已在制造企业中得到大范围应用。在数控铣床应用过程中，程序调整、刀具准备、工装夹具准备工装夹具及工件检测等环节占据了较大的时间比重，是数控机床加工效率的重要影响因素。下面对就数控铣床工装夹具设计问题展开深入探讨。

1 数控铣床工装夹具设计的基本要求

数控铣床加工过程对夹具的要求并不复杂，通常只要求可以做到简单的定位和夹紧即可，其设计原理和通用铣床也基本相同。这里结合数控铣削加工特点，对数控铣床工装夹具设计的基本要求进行分析。

首先，为了保证工件待加工面能够在加工过程中得到充分的暴露，夹具应尽量做到最大限度地开敞。也就是说，工件加工面与夹紧机构的元件间应保持足够的安全距离，与此同时夹紧机构的元件要尽可能的低，以避免加工过程中铣床主轴套筒或是刃具、刀套和夹具发生相互干涉；其次，为了确保机床零件安装方位与数控机床坐标系、编程坐标系方向上的一致，工装夹具在机床不应当实现定向安装，并采取措施，使零件定位面和数控机床间保持相应的坐标联系；再次，应保证夹具具有较好的刚性和稳定性。应尽量避免采取加工过程中更换夹紧点的方式进行设计，若在加工过程中必须更换夹紧点时，设计中应特别注意，不要因夹紧点的更换而对工件或夹具定位精度产生破坏的问题。

此外，设计工装夹具时，除了要对夹紧、定位等影响产品精度的因素加以考虑外，还应尽量通过设计，使数控铣床的加工过程简单化，即努力让加工过程使用灵活、操作方便，并对劳动强度降低和生产安全保证方面提供予以高度的关注。

2 数控铣床工装夹具设计需注意的几个问题

2.1 数控铣床工装夹具设计需要准确原始工艺文件的支持

在进行工装夹具设计时，设计人员首先需要掌握工序坐标图、修正后的工序坐标图等主要工艺文件。

工序坐标图是以工件结构形状和具体加工部位等因素为依据，恰当选择程序的原点、起刀点以及走刀路线。图中还应对加工部位、起刀点和走刀路线与程序原点相对应坐标的位置进行标注。

而工序坐标修正图的绘制则是为了建立机床坐标系统和工件坐标系统间的联系。这样才能进一步绘出机床上夹具及夹具上工件的安装情况示意图，才能准确标注程序原点及相对定位基准的位置尺寸，防止各加工面位置与机械原点发生重合。

2.2 数控铣床工装夹具设计要保证工件加工的精度

数控铣床工装夹具设计应确保工件定位的精度以及加工过程的稳定性。为保证机床与夹具联系表面的耐磨性与形状精度，可通过在夹具底座安装传感器或检验仪表来对定位进行确认。同时，依靠工作台精准移位、转位和采用刚性良好刀具来保证夹具敞开性、加工孔的垂直度、同轴度良好。可以说，刀具系统刚度的提升对确保数控铣床工装夹具精度是十分重要的。

2.3 提高加工效率的数控铣床工装夹具才是优秀的设计

采用通用化程度较高的通用化、标准化、模块化工装夹具，或成组夹具的数控铣床，能够最大限度地提高夹具组装与调整的效率，缩短加工准备周期。同时，为提高加工生产效率，可推广使用液动、气动或气液联合夹紧等装置，还可采用多工位夹具和可调换夹具等措施。

2.4 设计数控铣床工装夹具要注意防碰撞的校核

数控技术的发展使得数控铣床加工过程中使用的刀具不断增加，通常有数十把之多，这样就较易发生刀具和夹具间发生碰撞的现象。因此，在进行工装夹具设计时，要认真对工序坐标图中规定的起刀点与起刀路线进行仔细研究，以避免夹具与机床或刀具发生相互干扰的问题。在数控铣床工装夹具结构十分复杂的情况下，编程和夹具设计人员应合作制造一个仿真的塑料夹具模型，以对工件侧壁凸出部分与夹具能否发生干涉进行观察，有必要的话，还应进行防碰撞计算，并在加工程序中编入计算结果。

3 数控铣床工装夹具设计的具体内容及步骤

3.1 对工件进行准确分析，以选择和制订相对合理的加工工艺和加工路线

首先应当对数控铣床待加工零件进行认真的分析，搞清楚零件的材料和结构特点，以及加工所要达到的表面精度、热处理等方面的技术要求。并在分析工件加工的定位基准、加工余量和前后工序联系等具体情况。这样才能为合理加工路线的确定提供支持。工装夹具的设计，还需以机床、刀具的参数为依据，来确定是多次走刀还是一次走刀来完成加工。同时，确定的加工路线应可做到装夹一次可实现多方位加工或一次加工成形。这样能够极大地减少工件安装次数，从而有效缩短加工工件的装夹和搬运时间。此外，在批量生产中还可在设计中采用多件、多位夹具来进一步提高数控铣床的加工效率。

3.2 在数控铣床工装设计中正确选择对刀点

夹具设计应有助于加工程序的简化，所以为了便于计算，对刀点应选择与和零件定位基准换算容易的地点，这样不仅在铣床上找正容易，也便于加工中的检查，从而有效的减少加工误差。在设计实践中，通常可将对刀点选择在工件的基准点上。

3.3 选择适宜的刀具与切削用量

在工装夹具设计时，必须对夹具、工件在铣床工作台上的准确位置仔细考虑。即以数控铣床行程、加工部位刀具配置，以及刀具长度和工件加工轨迹等条件为依据，合理选择刀具种类与长度，并将刀具放置于工作台最佳位置上。这是避免铣床超程、撞刀等问题的有效措施。

在选择数控铣床切削用量时，若是粗加工，通常为提高生产率可加大切削量与切削力，这时工装夹具的稳定性是首先需要考虑的；若为精加工或半精加工时，则在设计中应更为关注工装夹具的精度问题。

此外，在进行夹具设计时要考虑夹具的标准化与通用化。即尽量使用统一标准，这样既方便了夹具各零部件间的互换，也提高了数控铣床的生产精度与生产效率。

4 结语

以上是多年数控铣床工装夹具设计的片面总结，只有不断深入研究工装夹具设计过程中的影响因素，从具体生产实际和细节入手，采取切实有效措施，才能使数控铣床工装夹具设计越来越人性化，也才能使工装设计更贴近数控铣床的生产实际，从而推动数控机床技术的发展更加实用、更加完美。

［1］赵敏,王金员.机床夹具设计方法[J].机械工程师,2012(9).

［2］王凯.机床夹具设计探析[J].科技与企业,2012(14).